可觀測(cè)單細(xì)胞基因表達(dá)的超靈敏超聲成像

2021年8月5日Nature Methods報(bào)道，美國(guó)加州理工學(xué)院的研究者開(kāi)發(fā)了一種結(jié)合“聲音報(bào)告基因”和超聲成像觀測(cè)基因表達(dá)的新技術(shù)，該技術(shù)能夠檢測(cè)單個(gè)細(xì)菌和哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的基因表達(dá)，該研究將極大地?cái)U(kuò)展超聲波在細(xì)胞功能非侵入性成像中的潛在用途。

報(bào)告基因是一種專門(mén)的DNA片段，研究人員可以將其插入生物體的基因組，以幫助他們了解生物體的行為。例如常用的熒光蛋白報(bào)告基因插入到感興趣基因旁邊，用合適的光線照射這些細(xì)胞，它們就會(huì)亮起來(lái)，但熒光報(bào)告基因的缺陷是光不能穿透較厚的活組織。

研究者發(fā)明了用聲音代替光的報(bào)告基因。聲音報(bào)告基因被插入到細(xì)胞基因組中時(shí)，細(xì)胞就會(huì)產(chǎn)生微小的中空蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)（囊泡），當(dāng)產(chǎn)生囊泡的細(xì)胞被超聲波成像時(shí)，就會(huì)發(fā)出聲音信號(hào)。該研究團(tuán)隊(duì)之前曾利用這項(xiàng)技術(shù)來(lái)顯示細(xì)胞中酶的活性。

在最新的研究中，研究者通過(guò)改進(jìn)，將靈敏度提高了1000多倍，可以對(duì)人體組織中單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行成像。先前的成像技術(shù)依賴于囊泡像被擊打的鈴鐺一樣發(fā)出聲音，而新技術(shù)使用了更強(qiáng)的超聲波，使囊泡像氣球一樣“破裂”，發(fā)出非常強(qiáng)烈的信號(hào)，即使是在超聲波穿透組織所產(chǎn)生的背景噪音中。研究者對(duì)攻擊癌細(xì)胞的工程菌株進(jìn)行追蹤，將這些細(xì)菌導(dǎo)入氣囊基因，就可以追蹤單個(gè)細(xì)菌細(xì)胞在被注入血液后進(jìn)入和穿過(guò)肝臟的過(guò)程。

研究團(tuán)隊(duì)正在改進(jìn)以開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的成像技術(shù)，測(cè)試具有不同特性的新型囊泡，比如更容易破裂的囊泡、或更堅(jiān)固的囊泡、或更小的囊泡可以進(jìn)入以往無(wú)法進(jìn)入的地方。另一方面研究者正在為開(kāi)發(fā)的新技術(shù)找到更多應(yīng)用場(chǎng)景。